扭矩测量技术的三大错误

1.
错误地认为只要传感器精度高就是好设备。

实际上，配置高准确度传感器的设备仍可能不准确，影响测量系统准确度的主要不是传感器，不良加载装置才是扭矩扳手检定仪的最大误差源。若整台设备结构设计不当，即使配置了0.2级传感器，设备的准确度实为2级是可能的。

现在国产的静态扭矩传感器很不错，在世界大合作时代，应变片来自德国，生产工艺也学了德国。误差为0.1%并数年保持不变的扭矩传感器并不鲜见。造成测量不稳定的原因主要在于加载装置。

2.
扭矩扳手检定仪的定义错误，在扭矩标准机上检定传感器即为检定了扭矩扳手检定仪整台设备的方法是全国性错误。

在实验室中的扭矩扳手测量系统都由仪器、传感器、加载装置组成，仪器与传感器的不确定度只是扭矩扳手检定仪测量系统的测量不确定度的一个分量。经过多年的技术发展，现在的仪器与传感器的准确度已经得到大幅提高，其不确定度分量越来越小。尤其仪器的误差优于±0.03%，分辨力±0.01%已经很普遍，其不确定度分量可以忽略不计。加载装置引入的不确定度分量则复杂多变，由设计制造不当引入的不确定度分量远大于传感器引入的分量。把传感器的准确度硬说为扭矩扳手检定仪整台设备的准确度实际上是“指鹿为马”，不愿意承认事实的行为。

因为加载装置不被列入扭矩扳手标准检定仪的一部分，人们以为加载装置无关紧要，它只是一个省力机构而已，在设计、制造、选购设备的时候，只想到传感器的精度，不懂得对加载装置提出一些必要的技术要求。这种情况直到2005年，一位在上海南京路上摆地摊的人写了一篇题为“加载装置对扭矩扳手标准检定装置测量误差的影响”的文章，并四处呐喊，才慢慢地引起一些人注意，一些计量机构也开始有所反应，陆续撰文参与讨论。

即将出台的新的扭矩扳手检定仪的检定规程将彻底改变这一状况，使用新规程的检定方法来检定扭矩扳手检定仪所得到的结果将客观真实。过去传感器在扭矩标准机上受到纯扭矩作用，检的是传感器；多数传感器在杠杆砝码的载荷下受到弯矩作用，检的也是传感器；用标准扳手来检标准检定仪，在标准检定仪上面受到的所有系统内力都反应到传感器上，检的是整个测量系统。换句话说，测量系统中的所有分量都得到查验，查验数据反映了检定仪的真实性能。

3.
目前评定扭矩扳手测量结果不确定度的方法是全国性错误。

从中国合格评定国家认可委员会到各级计量机构，至今评定扭矩扳手测量结果不确定度的方法有严重缺陷，评定扭矩扳手测量结果不确定度时都不考虑加载装置对不确定度的贡献，常常将检定仪的扩展不确定度评定为0.3%，甚至0.25%。

该缺陷引发的问题在于按此方法评定测量不确定度的结果与实际测量结果不相对应，评定值偏小。对某些测量误差偏大，值得怀疑测量数据的准确性，不确定度的评定结果却显示测量数据可信度高，容易造成误判。例如，一台扭矩扳手标准检定仪的扩展不确定度被上级评定为0.25%，在该标准扭矩仪上检定0.5级数显扳手，结果常常被判为2~3级。是该数显扭矩扳手质量不好？不，是这台设备测量不准确。非常糟糕的是，这台扭矩扳手检定仪经过溯源，准确度被判为0.3级，而所检的数显扭矩扳手则被认定1级不合格。

嗯，加载装置。



标准扭矩扳子，现在有吗？

回复 2# 烟酒茶


    这回我国的生产商要拿出真功夫来了，把0.1级扳手做成0.3级是不能接受的,长期稳定性很重要。

扭矩扳手检定仪加载装置引入的不确定度分量是多大,有多大影响,不知那位做过试验,可否告知,另外,标准扭矩扳子如何计量溯源,用扭矩机,还是杠杆\砝码;年稳定性0.1%的扳手不知什么地方有.如果是传感器旋转的扭矩扳手检定仪其加载装置引入的不确定度分量根据经验不会超过0.2%(个人观点).

回复 4# 陕西计量


   

虽然安装了轴承，加载装置的结构设计与制造水平不同其引入的不确定度分量还是有较大差异，有的标准不确定度为0.2%，有的则为0.52%，304所大量的实验结果为0.38~0.5%。最好的是安廷公司的ATL型加载装置的标准不确定度仅为0.013%，可以忽略。这种测量设备异常稳定。

现在实验室中多数扭矩测量仪（二次仪表）的准确度优于±0.03%，分辨力±0.01%，标准不确定度仅为0.0029%，可以忽略；

传感器（或扭矩检定仪）的准确度为0.3级，那么标准不确定度为0.173%，比加载装置引入的标准不确定度小了一半还多。换句话说，加载装置引入的标准不确定度分量比二次仪表与传感器引入的分量大得多，是扭矩扳手检定仪标准不确定度的主要影响量；

若传感器（或扭矩检定仪）的准确度为1级，那么标准不确定度为0.58%，与加载装置引入的标准不确定度相当。加上其它的引入量，有的丝杆推拉的1级扭矩扳手检定仪的扩展不确定度可以达到1.6%。

回复 5# 学有所长


    老兄，你的“加载装置的标准不确定度仅为0.013%”是咋整出来的？？？？我表示怀疑。
考虑到相同的加载装置对不同类型的影响吗？

1.关于加载装置引起误差的说法还是有同感的，国内的扭矩扳子检定仪在设计上应该改进，传统的方法是固定扭矩扳子的方头，通过加载装置对扭矩扳子的把手加力从而产生扭矩，这样做的缺陷是加载过程中扭矩的力臂是变化的；
2.国外的做法是，固定扭矩扳手的把手部分，整个扭矩扳子不转动，而是将扭矩扳子的方头与标准传感器连接，转动传感器，这样比较科学

现在的加载装置基本都改成扳手不动而转动传感器了，这时候转接头是最大的不确定度来源，因为装夹的间隙就会造成偏载，使得传感器的转动中心轴跟扳手的转轴成一个夹角甚至不合。

回复 8# 风吹石


    谢谢超级版主的金币鼓励！

    转接头对不确定度的影响量的确比较大，改天另辟一文做专门讨论，要让大家知道什么样的转接头能用，什么样的转接头不能用。

回复 9# 学有所长


    期待中。

回复 6# 石鱼

   

  “加载装置的标准不确定度仅为0.013%”是咋整出来的？表示怀疑的必有理由怀疑，最起码大家都弄不清楚这加载装置的影响量，你整出个数来也就罢了，还整出个难以想象的数来。别人拍左脑，0.3级传感器检2700Nm的扳手的扭矩扳手检定仪的扩展不确定度就从右脑出来了：0.3%。莫非你拍右脑数据从左脑出来？为此我还专门向上海安廷机械公司的工程师咨询了一番，回复如下：

这不是拍脑袋拍出来的数据，这是经过统计学与计量学理论计算出来的。该不确定度小并非“偷工减料”，恰恰相反还加了许多料——已经充分考虑了系统各种内力对不确定度的影响，评定扭矩扳手测量结果不确定度的影响分量有13项。加载装置的相对标准不确定度除了与其本身结构有关，还与扭矩扳手的结构有关，与量程即载荷大小无关。从市场上有销售的国内外5Nm的扭矩扳手到2000Nm的扭矩扳手中选取手柄较短的来评定，得到最大的不确定度分量为0.013%，满量程大于200Nm的扭矩扳手所对应的加载装置的相对标准不确定度甚至只有0.01%。扭矩扳手越大，手柄越长，不确定度越小。0.013%是一个较为典型的在统计学上能够涵盖测量各种扭矩扳手时加载装置的标准不确定度，已经考虑了常见扭矩扳手的不同结构对不确定度的影响，不仅是理论量化分析结果，还经过多方面的实验证实。

毫无疑问，加载装置的标准不确定度是量化分析出来的，而加载装置的性能不能通过量化分析得到，只能通过设计制造而来，该加载装置应该有独到之处。

    至于如何对加载装置引入的的不确定度分量进行量化分析，这是他们在扭矩测量技术研究方面的三项发明之一：1）以矢量图研究分析扭矩扳手与扭矩传感器受力与测量误差原因。2）发明了扭矩测量稳定机构。3）发明了扭矩加载装置标准不确定度的评定方法。这三项发明确立了我国扭矩扳手测量技术处于世界领先地位。

请教一下楼主,传感器和二次仪表(显示器)结合起来用静态砝码检测检测得到的相对误差,示值显示都在0.3%范围内,请问一下加了加载装置用哪种方法可以检测或评定这台设备整个系统的的不确定度是否有数据或者相关的计算方法.
另外再请教一个问题
楼主是否知道峰值保持和第一峰值的区别

回复 4# 陕西计量


   楼主什么是,标准扭矩扳子

回复 12# mikejiang


    评定该测量不确定度的方法可参阅相关文章。

    仪表中的“峰值保持”选项被选择，仪器可以记录测量过程的最大值。

    “第一峰值”为定值式（可调机械式）扭矩扳手在施加载荷过程中突然卸载产生的峰值。该峰值有两种情况可以产生：1）施加载荷过程出现有意或意外停顿，仪器判断载荷已经达到扭矩扳手的预设值；2）施加的载荷达到预设值，扭矩扳手自动卸载。这两种情况产生后若继续施加载荷，载荷曲线将继续上升，直到再次卸载，所产生的峰值为最大值。于是，在施加载荷过程中出现第一峰值和最大峰值。但是，仪表选择“第一峰值”功能，记录了第一峰值后，后面继续上升的载荷不再记录，出现示值与实际载荷不符的情况。

     “第一峰值”功能只在噪声大的生产现场校准定值式（可调机械式）扭矩扳手有意义，对数显式与表盘式扭矩扳手不仅没有意义，有时候还阻碍这种扳手的校准。在实验室中“第一峰值”不起作用。

回复 13# mikejiang


    可以做标准的仪器为标准仪器，同理，可以做标准的扳子为标准扳子，它的准确度比被测量至少为3倍以上，当然还有其它诸如重复性与复现性的要求。

回复 11# 学有所长


    在实际扭矩扳手不确定度评定中，如何讲装载装置这一不确定度分量量化呢？

加载装置肯定有影响，但目前还没有能定量分析的方法，所有只能不考虑。

动态扭矩传感器（如阿特拉斯的）检定依据什么规程？

学有所长 发表于 2012-4-24 17:11
回复 13# mikejiang

动态扭矩传感器（如阿特拉斯的）检定依据什么规程？

516790405 发表于 2017-10-30 09:58
动态扭矩传感器（如阿特拉斯的）检定依据什么规程？

JJG 557-2011《标准扭矩仪》

实际生产过程中，使用数显扭力扳手去测量现场的紧固件扭力预加的情况，是不是也可以理解成为是加载装置（人为加载）不确定性太大而带来的误差较大？
比如，不同的人使用同样一把扳手对同一个位置的件去测量实际扭力，抛开件可能带来误差的原因，是否可以认为此“加载装置”对于最终结果影响较大？

516790405 发表于 2017-10-30 09:57
动态扭矩传感器（如阿特拉斯的）检定依据什么规程？

我听阿特拉斯的厂家还有一些供应商说，阿特拉斯在动态扭矩这一块属于国际比较大的公司、而且做的也比较好，是这样的吗？